物场分析与标准解

物场分析与标准解主讲人物场在TRIZ理论体系中的位置主要内容物场模型相同解决方案类似物场分析法物场模型的76个标准解及其实例76个标准解的应用流程物场分析法（Substance-Field：Su-Field）是阿奇舒勒于1979年在他的专著《创造是精密的科学》中提出的解决问题的方法。在技术系统的“参数属性”不明显的情况下，矛盾矩阵表便无法有效地发挥作用。这时，矛盾虽不可见，但问题依然存在，并且可以解决。此时，技术系统问题的“结构属性”比较明显，适于使用物质－场分析法。物场分析法通过建立系统内结构化的问题模型来正确地描述系统内的问题，用符号语言清楚表达技术系统（子系统）的功能，正确地描述系统的构成要素及构成要素之间的相互联系。一、物场分析法化学分子模型NaClH2O一.物场模型的由来NaCl技术系统的模型？？？HOH功能是价值工程研究的核心问题。并认为，顾客买的不是产品本身，而是产品的功能。在设计科学的研究过程中，人们也逐渐认识到产品设计往往首先由工作原理确定，而工作原理构思的关键，是满足产品的功能要求。产品是功能的载体，功能是产品的核心和本质。一、物场分析法物质-场分析方法建立在产品功能分析基础上，通过建立现有产品功能模型的过程，可以发现有害作用、不足作用及过剩作用等小问题，产品或系统中小问题存在的区域是设计冲突可能存在的区域。一、物场分析法Altshuller通过对功能的研究，总结了以下3条定律所有的功能都可以分解为3个基本元素一个存在的功能必定由3个基本元素组成将相互作用的3个元素进行有机组合将形成一个功能图形化描述与语言描述在传统设计方法中通常是用文字来对问题进行描述，但是由于不同的人的知识背景的不同，因而对文字有不同的理解。实验证明很少有两个人对同一段文字有相同的认识。物-场分析法就是运用统一的技术语言(图形和符号)记录和表达任何一个发明问题的解决过程，通过物场建模来描述技术系统转化过程的实质。Altshuller认为，所有的功能都可以分解为两种物质和一种场（或一种物质和两种场），即一种功能由两种物质及一种场的三个要素组成，分别是目标S1、工具S2和场F技术系统的功能模型可用一个完整的物质-场的三角形表示S2S1F一般地，S1表示被作用对象，S2表示工具。一、物场分析法例：锤子钉钉子问题我们如何快速把钉子敲进墙体？产品(S1)：钉子工具(S2)：锤子我们如何延长锤子的使用寿命？产品(S1)：锤子工具(S2)：钉子一、物场分析法练习：“完全的”物场模型钉子锤子机械场FS1S2人+锤子+钉子+木板？木板机械场F1S1钉子机械场F2S2锤子S3人(手)机械场F3S4FS2S1S2S1FMECH一、物场分析法我们如何快速把钉子敲进墙体？产品(S1)：钉子工具(S2)：锤子我们如何延长锤子的使用寿命？产品(S1)：锤子工具(S2)：钉子FS2S1S1S2FMECHFS1S2F1F2SSOLIDBODYHeatForceShapesizeFmechanicalSsolidbodyFthermalF：拿锤子的手S2：锤子S1：钉子技术系统(TS)•热膨胀•换能器•电磁线圈一、物场分析法SF2F1琴弦机械场声场物质（Substance）:S1和S2可以是材料；工具；零件；人；环境等任何东西级别的多层次性•单元素－螺钉、别针、杯子•复杂系统－汽车、太空船、大型计算机状态多样性：•典型的物理状态－真空、等离子体、气体、液体和固体…•中间态和化合态－气溶胶、液溶胶、固溶胶、泡沫、粉末、凝胶体、多孔物质…有特殊性质的材料－热性质、电性质、磁性质、光学性质…一、物场分析法S2S1F场(Field)：物质间的相互作用基本物理场•重力场、电磁场、强作用场、弱作用场其它的相互作用一、物场分析法场：系统中物质间的某种相互作用符号名称举例G重力场重力Me机械场压力，惯性，离心力P气动场空气静力学，空气动力学H液压场流体静力学，流体力学A声学场声波，超声波Th热学场热传导，热交换，绝热，热膨胀，双金属片记忆合金Ch化学场燃烧，氧化反应，还原反应，溶解，键合，置换，电解E电场静电，感应电，电容电M磁场静磁，铁磁O光学场光（红外线，可见光，紫外线），反射，折射，偏振R放射场X-射线，不可见电磁波B生物场发酵，腐烂，降解N粒子场α-,β-,γ-粒子束，中子，电子，同位素一、物场分析法由于一个人对于某系统的功能表现或者满意或者不满意，其分别表示如下：S2S1FS2S1FS2S1FS2S1F（a）期望的状态该功能的三个元件都存在，且都有效，是设计者追求的效果。组成功能的三个元件中部分元件不存在，需要增加元件来实现有效完整功能，或用一种新功能代替。（b）不完整的SFS1−S2S―F一、物场分析法S2S1FS2S1FS2S1FS2S1F（c）不足的状态由于一个人对于某系统的功能表现或者满意或者不满意，其分别表示如下：一、物场分析法功能中的三个元件都存在，但设计者追求的作用未能完全实现。功能中的三个元件都存在，但产生与设计者要求相矛盾的有害作用。（d）有害的状态S2S1FS2S1FS2S1FS2S1F物质-场模型物场模型有四种基本类型：有效完整系统不完整系统（需要完成或一个新的系统）效果不足系统（需要改进以得到期望效果）有害完整系统（需要清楚有害作用）用物-场分析方法迅速建立简单结构模型，指导创新思想的产生。人行走时地面与鞋子作用的系统：S2－地面S1－鞋子F－摩擦力（有用的）F－摩损（有害的）一、物场分析法有用的作用F1：摩擦力使正常行走成为可能有害的作用F2：会使鞋子磨损一、物场分析法S2S1FS2S1FS2S1FS2S1F磨擦力路面鞋子不足的作用F3：冰面上行走由于摩擦力不足会打滑一、物场分析法摩擦力冰面鞋子S2FS1建立物场模型的步骤Step1：首先给功能定义名称，一般采用动词与名词组成的短语的形式。然后确认组成完整功能所需的三个元件，识别被动元件S1、主动元件S2、场或能量F。被分析的系统可能是不完整的，如缺少S1、S2或F。Step2：利用物质-场的符号系统建立模型。所建立的模型可能存在功能不完整、功能不足或存在有害作用的情形。并用图形化描述。一、物场分析法练习问题1：拧不开瓶盖？问题2：拧得手疼？风扇空气散热片空气PCB搅动冷却冷却支撑芯片冷却功能模型：描述整个系统的组件及各组件间的相互作用物场模型：描述系统中出现问题的两组件及其相互作用一、物场分析法练习主要内容物场模型相同解决方案类似物场分析法物场模型的76个标准解76个标准解的应用流程阿奇舒勒经过分析大量的专利后发现：如果专利所解决问题的物质－场模型相同，那么最终解决方案的物质－场模型也相同。二、物场模型相同解决方案类似①例面团台面粘附力FS2S1水翼气穴水翼化学场FS2S1①例高温焦炭传送带热场FS1S2①例这些就是如果一种物质S2，对另外一种物质S1产生了有害作用，则经常引入第三种物质——S1或S2的变形物质S3来消除有害作用。问题和方案的物－场模型如下：S2FS1S1modifiedS2FS1二、物场模型相同解决方案类似油管防硫腐蚀①例油管它们能派生出哪些物质？什么派生物质能防硫腐蚀？氧化油膜漆状物防硫腐石油（硫）钢管化学场FS2S1①例氧气木头化学场FS2S1①练习，木头防腐在管道系统中（比如，低温管路中）输送液体时，有时会出事故：由于液体的骤然停滞，管道内的压力急剧升高，形成液压冲击，它在管道内迅速扩散，安全阀和防护装置都无济于事。怎么解决？S3=??①练习，管道防裂液体管道压力FS2S1最常用的几个标准解法①产生有害作用时，引入S1，2变形的第三种物质S3②产生有害作用时，引入超系统中的物质S3③产生有害作用时，引入抵消有害作用的场F2④作用不足时构建复合物场模型以增强作用⑤检测类问题高温焦炭传送带热场FS1S2引入已存在物质S1高温焦炭的变异物冷焦炭S3，来达到消除高温焦炭对传送带的有害效应。热场FS1S2S3冷焦炭高温焦炭传送带②例？S3石头热场FS1S2高温焦炭传送带S3铁矿石热场FS1S2高温焦炭传送带②例，引入超系统中的物质S3S3FS1S2FS1S2铆钉锤子机械场机械场铆钉锤子中介物（垫块）②例托盘S2FS1S3服务员手菜碗热场S2FS1例如：餐馆服务员在給客人们上菜时，往往都要用一个托盘来端菜，为的是消除造成烫伤的可能②例在微电路中，用直径0.2微米的铜导线来替换0.35微米宽的铝导线，腾出的空间可以在芯片上增加三倍的电组元，提高运行速度，节约用电。铜导线对系统有有效作用；但由于铜原子会向硅中扩散，铜导线对硅基有有害作用，从而会恶化了整个系统。在硅和铜导线之间增加隔离夹层，消除了铜导线与硅的有害效应S2FS1S3隔离层铜导线硅基S2FS1②例：微芯片的铜导线FS1S2手刀②练习③例，引入抵消有害作用的场F2物场模型之问题模型三要避免细长轴工件在加工时弯曲，增加一个相对的力。增加另一个场（F2），用来平衡产生有害效果的场。S2S1FF23-跟刀架模型的三个元件都在，但是产生了有害的效果用电磁吸盘的起重机运输铁质材料时，所需的能量直接与运输的距离和时间有关，为了减少所需的能量，可以通过永久磁铁来抓举货物，在释放货物时，只要通过激活一相反电场，产生所需要的负相位磁场，以抵消永久磁铁产生的磁场，从而使货物被释放。在突然停电的情况下，货物也不会掉下，非常安全。通电后产生负相位磁场S2FmagneticS1F－magnetic铁料永久磁铁吸盘磁场S2S1Fmagnetic③例，引入抵消有害作用的场F2如果系统中存在着有害作用的磁性，采用退磁的方法（加热磁性物质到居里温度以上）或引入另一相反的磁场来给予消除其系统中存在的有害作用。③例，引入抵消有害作用的场F2③例，引入抵消有害作用的场F21向串联式复合物场模型转换2向并联式复合物场模型转换S2F1S1F1S1④构建复合物场模型以增强作用S2F2S3S2F1S1S2S1F1F2④串联增强例，人工碎石榔头S2岩石S1F1机械力机械力凿子机械力榔头S2F1S3岩石S1F2榔头S2岩石S1F1机械力引入了凿子后，向串联式物场模型转换，可以大大提高了人工碎石的效率④例，人工碎石不足的作用F3：冰面上行走由于摩擦力不足会打滑摩擦力冰面鞋子S2FS1④练习1鞋子S1冰面S2F1摩擦力④练习1摩擦力手瓶盖S2FS1问题1：拧不开瓶盖？④练习2方法二：引入新的场F2构建并联物场S2S1F1F2S2F1S1岩石锤子人力人力化学场使岩石脆化或冷冻场使岩石冻裂④并联增强例，碎石引入了高温蒸汽热场F2，用高温蒸汽喷射墙面，墙上的壁纸因失去强度，就能很容易地被去除掉。铲刀机械力壁纸铲刀机械力墙面壁纸墙面高温蒸汽F1F1S1S1S2S2F2④并联增强例，铲墙纸在太空中有着孵化小鸡的正常大气环境和温度，可以使孵卵器保持正常地工作，但唯一不足的是缺乏重力，致使小鸡无法发力。让孵卵器绕着轴心旋转，利用形成的重力附加场，小鸡就可以顺利地出生在太空上了。轴心旋转人造重力场F2太空环境场卵小鸡S2S1F1S2F1S1④并联增强例，太空孵小鸡摩擦力手瓶盖S2FS1问题1：拧不开瓶盖？④练习3、④练习3瓶盖手机械场F1S1S2假如一个不完整物质-场系统不能被检测或测量，增加单一或双物场，且一个场作为输出。假如已存在的场是非常有效的，在不影响原系统的条件下，改变或增强该场。加强了的场具有容易检测的参数，这些参数与设计者所关心的参数有关。塑料制品上的小孔很难被检测到。将塑料制品内充满气体并密封，之后置于压力降低了的水中，如果有气泡出现，则存在小孔。⑤检测类问题F1S2F2主要内容物场模型相同解决方案类似物场分析法物场模型的76个标准解76个标准解的应用流程物场模型的76个标准解准则问题的物场模型相同解决方案的物场模型也相同与这个问题来自于哪个领域无关!G.S.Altshuller引入“标准”一词，意思是对有非常相似问题模型的不同问题有通用的“诀窍”，“手册”。物